微生物燃料电池：既处理污水又发电

新型微生物燃料电池既净化水质，又可发电，从而使处理污水成为有利可图的产业。美国宾夕法尼亚洲立大学环境工程系以科学家洛根为首的研发小组，研制出一种新型微生物燃料电池，该电池装置与传统的氢燃料电池相似，是一个圆柱形树脂玻璃密封槽，与氢燃料电池不同的是：微生物燃料电池是单一反应槽里面装有8条石墨阴极棒，它们围绕着一个阴极棒，密封槽中间以质子交换膜间隔，密封槽外部为以铜线组成的闭合电路，用作电子流通路径。     

日本开发成功用生鲜垃圾制氢和沼气的装置

日产业技术综合研究所采用生鲜垃圾高效生产氢和沼气装置,氢和沼气可用于燃料电池。该装置使两类微生物分两个阶段使有机物分别生成氢和沼气。在残羹剩饭中掺上水,放入微生物发酵,从而生成氢;提取氢后,将剩下的液体移到另外的容器,用另一种微生物发酵,提取沼气。与传统生鲜垃圾生成沼气装置相比,它处理速度快,能源回收率由45％提高到55％。每天可处理生鲜垃圾、食品废弃物60kg,垃圾纸5kg,提取氢0．5m^3,沼气5-10m^3。     

典型二次电池生命周期评价

近年来由于资源短缺问题,二次电池引起了人们广泛的关注,各种二次电池发展很快。为了寻找环境影响程度最小的电池,采用Simapro软件对铅酸电池、镍镉电池及锂离子电池进行生命周期评价。结果表明,产生1 000 kW.h的电能,锂离子电池的环境指标分数最低(3.93 Pt),铅酸电池其次(28.14 Pt),镍镉电池最高(29.76 Pt)。因此,在产生相同电能的条件下,镍镉电池由于其主要原材料组分的毒性,对环境造成的负担最大;铅酸电池对资源消耗影响最大,其环境影响程度略小于镍镉电池;由于锂离子电池具有很好的电池性能,其中活性物质钴输入量很小,所以对环境的影响远小于铅酸电池和镍镉电池。     

炼油废水微生物燃料电池启动及影响因素

以炼油废水为碳源,构建双室填料型微生物燃料电池,考察接种液、外接电阻等电池启动条件,以及电导率、pH值和缓冲溶液强度等溶液性质对电池产电性能的影响。利用微生物燃料处理炼油废水,COD去除率(52±4)%,含油量去除率(81.8±3)%;利用废水中存在的原生菌即可启动电池,但启动期长,外加接种液可快速启动电池;启动时外接电阻的大小对电池稳定运行后的输出功率有明显影响,对电池内阻影响相对较小,当启动外接电阻为2 000Ω,电池输出功率最大,为288 mW/m3;随阳极溶液电导率电池增大,电池内阻降低,输出功率升高;pH值变化对电池阳极电势影响较大,进而影响电池输出,当溶液pH为9时,电池输出电压最大(388 mV),pH过高或过低均不利于电池产电;随着缓冲强度的增大,电池输出电压增大,且PBS缓冲强度的增大可从电导率增大和改善质子传递条件两方面提高电池的输出功率。     

C919飞机边线噪声级预测算法

为了新飞机试飞前能获得飞机边线噪声级,缩短新飞机噪声合格审定周期,对飞机边线有效感觉噪声级预测方法进行了研究,利用飞机相关物理参数及声压公式建立了完整的飞机边界噪声级预测算法。以波音、空客、CRJ系列飞机为例,验证该算法的有效性。控制飞机单一物理参数变化,分析各参数对飞机边线有效感觉边界噪声值的影响等级,提出降低飞机边线有效感觉噪声值的建议。将该算法应用于预测C919飞机边线噪声值,阐明了该算法在飞机噪声适航审定工作中的重要作用。     

典型农业废弃物干式厌氧发酵产氢影响因素的研究

以5种典型农业废弃物(猪粪、鸡粪、秸秆、餐饮垃圾和厨余垃圾)为研究对象,采用干式厌氧发酵产氢技术,研究不同初始pH、温度对产氢潜力和代谢途径的影响。结果表明,当中温、初始pH为7.0时,餐饮垃圾产氢效果最佳,最大累积产氢量为261.96mL,最大产氢速率为15.18mL/h,氢气体积分数最大值为64.61%;当中温、初始pH为6.0时,秸秆产氢效果最好,最大累积产氢量为254.41mL,最大产氢速率为24.50mL/h,氢气体积分数最大值为65.54%。5种农业废弃物干式厌氧发酵产氢的代谢途径均以丁酸型发酵为主。     

丁酸胁迫对产氢污泥以厨余为底物的产氢影响

采用丁酸对产氢污泥进行胁迫处理,经胁迫后的污泥接种厨余垃圾进行产氢实验,考察丁酸胁迫对提高产氢性能的影响。结果表明,低浓度胁迫能提高产氢污泥的耐丁酸性,从而提高产氢量,而胁迫浓度过高则抑制产氢污泥活性,胁迫浓度呈"horm esis"效应。实验采用的4 g/L胁迫浓度为最佳,反应结束后,丁酸浓度和产氢量分别为8 417.1 mg/L和63.72 mL/g VS,比空白提高了31.3%和114%。产氢过程中SCOD的主要来源是有机酸。对产氢污泥胞外多聚物(EPS)的测定表明,厨余垃圾酸化速率、氢气产生速率和EPS总量成正相关。     

退役动力电池回收再利用碳足迹研究

以《温室气体产品碳足迹量化要求和指南》(ISO 14067:2018)为依据,以等量镍资源生产1 t高镍镍钴锰酸锂(NCM811)电池的正极材料为目标,对新能源汽车动力电池行业退役低镍镍钴锰酸锂(NCM111)电池回收再利用过程的碳足迹进行研究。计算得到,通过回收NCM111电池生产1 t NCM811电池的正极材料净温室气体排放量为18.4 t(以CO₂当量计),比正常使用原生材料生产1 t NCM811电池的正极材料可以减少36.3%的温室气体排放量。建议NCM811电池正极材料生产过程中关注氢氧化钠和电的温室气体减排。假设全部使用绿色能源,通过回收NCM111电池生产1 t NCM811电池的正极材料净温室气体排放量则将减少90.7%。     

单室双阳极微生物电解池利用氢发酵废水产氢

为提高微生物电解池(MEC)利用氢发酵废水产氢速率,以丁酸为底物在微生物燃料电池(MFC)中驯化富集阳极产电微生物,采用单室双阳极MEC处理玉米秸秆的氢发酵废水,通过对关键过程参数的优化,实现氢发酵废水高效产氢。结果表明,当外加电压为0.8 V时,产氢速率和玉米秸秆氢发酵废水中COD的去除率分别达到(5.31±0.13)m~3·(m~3·d)~(-1)和(58±2)%。其中,乙酸、丁酸、丙酸、乙醇的去除率分别达到(95±2)%、(76.2±0.8)%、(93±3)%、(98±1)%。与单室单阳极MEC相比,单室双阳极MEC利用玉米秸秆氢发酵废水进行深度产氢的速率提高了1.22倍。此外,MEC生物阳极驯化方式对MEC利用玉米秸秆氢发酵废水产氢具有重要影响。与利用乙酸为底物驯化富集的生物阳极相比,以丁酸为底物驯化富集的生物阳极去除COD的能力和MEC产氢速率都有提高。     

噪声合格审定在降低飞机噪声污染中的应用

噪声污染是航空环境工程领域的重要问题,噪声合格审定已成为降低飞机噪声污染的一种重要途径。为了完善我国的飞机噪声合格审定技术规范,对飞机噪声有效感觉噪声级的计算方法进行了研究;在飞机噪声合格审定过程中,实际飞行实验条件与噪声合格审定规范中规定的基准条件存在差异,依据飞行实验中相应的几何条件和噪声传播的规律,建立了使用积分修正方法计算有效感觉噪声级的完整方法;以CRJ700飞机为例说明了该方法在噪声合格审定中的应用,并且以Boeing747系列飞机为例阐明了噪声合格审定在降低飞机噪声污染的重要作用。     

不同热处理温度对污泥厌氧发酵产氢的影响

污水处理厂污泥产生量日益增加,对环境的影响倍受关注。污泥除了含有大量的葡萄糖、蛋白质等有机物外,还包括大量的微生物,具有厌氧发酵产氢的潜能。通过批式实验系统研究了热处理污泥厌氧发酵产氢情况。研究结果表明,经过适当热处理,可以抑制耗氢菌,同时能保持产氢菌的活性,另外,对污泥还有一定的融胞作用,使污泥中溶解性的糖和蛋白质的含量增加,提高预处理污泥的产氢效率;最佳的热处理温度为75℃,处理后污泥进行厌氧发酵产氢的最大累积产氢量为18.32 mL,比产氢率3.49 mL/g VS。     

生物质催化气化制取富氢燃气的研究

以流化床为反应器 ,探讨了一些主要参数如 :反应器温度 ,水蒸气 ,当量比ER以及催化剂对气体成分、氢产率和潜在氢产率的影响。实验所用催化剂为白云石和镍基催化剂。在实验条件范围内 ,氢产率为 2 2— 83g/kg生物质 (湿基 ) ,潜在氢产率为 115— 2 2 3g/kg生物质 (湿基 )。结果表明 ,较高的反应器温度 ,适当的水蒸气添加量可以有效提高氢的产出 ;白云石和镍基催化剂可使产品气中的氢含量提高 10 %以上。     

温度和初始pH对农业固体废物暗发酵产氢的影响

以猪粪、鸡粪、玉米秸秆、餐厨垃圾和厨余垃圾等5种农业固体废物为底物,采用修正的Gompertz模型,研究了典型农业固体废物暗发酵产氢动力学和代谢产物变化规律,探讨了不同温度和初始pH条件下的主要产氢代谢途径。结果表明:温度和初始pH对农业固体废物暗发酵产氢具有显著影响;高温组累积产气量和氢气百分含量显著高于中温组。在55℃高温且pH为6.0的条件下,餐厨垃圾暗发酵产氢效果最佳,累积产气量和氢气百分含量最大,为1 100 mL和73.58%,最大产氢速率和产氢潜力分别为37.11 mL·h~(-1)和660.30 mL;厨余垃圾暗发酵产氢效果次之,鸡粪产氢潜力最差。在暗发酵产氢末期,以鸡粪为底物的代谢产物的氨氮浓度最高,过高的氨氮浓度可能抑制了产氢过程。VFA分析表明:不同底物和条件下丁酸浓度均最高,且含有少量乙醇、乙酸、丙酸等;暗发酵产氢代谢途径是以丁酸型发酵为主的混合型发酵。通过温度、初始pH等非生物性控制因素的优化调控,显著提高了农业固体废物暗发酵产氢潜力和底物利用效率,为生物制氢的技术研发与工程应用提供参考。     

木薯酒精废水高温厌氧发酵产氢研究

以木薯酒精废水为厌氧发酵产氢底物,以中温(37℃)厌氧颗粒污泥作为接种物.研究了高温条件(60℃)下厌氧发酵产氢的可行性;并比较了60～80℃条件下的累积产氢量,产氢速率和液相发酵产物组成,以确定温度对木薯酒精废水厌氧发酵产氢的影响以及不同温度下厌氧发酵产氢菌的代谢类型.结果表明,60℃时累积产氢量为383 mL(木薯酒精废水用量140 mL)、产氢率为70.0 mL(以每克挥发性固体(VS)计),中温厌氧颗粒污泥适合作为高温条件下木薯酒精废水厌氧发酵产氢的接种物;从60℃升高到80℃时,累积产氢量逐渐下降,最大产氢速率逐渐降低,80℃时产氢完全受到抑翩.70℃为产氢的临界点,低于70℃时厌氧发酵产氢菌的代谢类型属典型的丁酸型发酵,此过程中伴随着大量氢气产生,大于等于70℃时,正丁酸生成受到严重抑制,累积产氢量迅速降低;氢气的产生主要来自于溶解性碳水化合物的分解.     

厌氧暗发酵产氢细菌研究进展

厌氧暗发酵产氢细菌可在暗环境下分解有机物,产生氢气,在厌氧发酵制氢技术发展中发挥重要作用.对近年来国内外产氢细菌的分离、生理特性、产氢能力研究以及实际应用等方面的进展进行了综述,提出了目前产氢细菌研究存在的问题,认为应加强高效产氢细菌的分离、菌群间代谢网络构建以及弱化产氢过程中有机挥发酸的反馈抑制等方面的研究.     

科学界对碳纳米管储存氢的容量有争议

氢肯定是未来理想的清洁燃料。但以氢为原料的燃料电池只有在氢能以安全、高效、经济的方式储存在汽车上时 ,才有实际使用价值。汽车是移动的 ,用液化氢或用金属氢化物、活性炭储存氢均不适宜 ,有人提出 ,碳纳米管内的柱状孔大量而且均匀 ,可用于汽车上储存氢 ,关键是储存氢的容量究竟有多大 ,去年底在波士顿召开国际材料研究学会会议 ,科学家对此有争论。美国 M JHeben认为 ,单壁碳纳米管在室温和压力不太高的情况下可储存 8%的氢 ,美国能源部设定 6.5 %是适用于汽车的氢储存材料的目标容量。德国 Hirscher对此持异议 ,他的研究结果表明 …     

双室污泥微生物燃料电池产电的影响因素

为了提高污泥产电的效率,研究了以城市污水处理厂剩余污泥为基质的双室微生物燃料电池产电的4个影响因素:电极面积、电极间距、污泥浓度和污泥起始pH。研究结果表明,小电极面积电池的输出电压比大电极面积电池低,而电池的输出功率则正好相反;电极间距较小时(4.5 cm),电池的输出电压比电极间距较大(7.75 cm和13 cm)时高;实验的3个污泥浓度中,13.0 g/L为最佳污泥浓度,污泥浓度的升高或降低均会降低利用污泥产电的输出电压和单位污泥的产电功率,不利于污泥产电;当阳极室污泥的起始pH处于碱性时,电池的输出电压更高,污泥产电更好,其中pH为10.0时最好。极化曲线分析表明,这4个因素均会影响以污泥为基质的双室微生物燃料电池的性能。     

餐厨垃圾厌氧干发酵产氢特性及其调控

采用干发酵技术以餐厨垃圾为底物进行产氢实验,比较不同TS(20%、22%、24%和30%)条件下的产氢情况,修正的Gompertz模型能够较好地拟合餐厨垃圾干发酵过程中的产氢情况(R20.97),获得最佳的TS为22%。反应1.5 d后,累积产氢量出现下降,发现反应体系内存在耗氢现象,微生物群落结构显示TS 22%组优势菌属为Lactobacillus。随后,在TS含量为22%的条件下,添加氯仿对耗氢进行抑制。结果表明:添加0.05%的氯仿能够显著提高产氢量,最大累积产氢量为29.66 mL·g~(-1)(TS),是对照组的1.29倍;氯仿添加量为0.05%时,碳水化合物的降解率最高,达到43.07%;氯仿不仅会对耗氢产生抑制,同时也会抑制产氢,适宜浓度的氯仿能够提高餐厨垃圾干发酵产氢,最佳添加量为0.05%;餐厨垃圾干发酵产氢过程为丁酸型发酵,主要的液相末端发酵产物为乙酸和丁酸。     

微生物燃料电池驱动的光电催化降解甲基橙

实验制备出了具有光催化性能的Cu2O纳米线电极,对比研究了Cu2O电极在光催化、微生物燃料电池驱动的电催化和微生物燃料电池驱动的光电催化反应过程中对甲基橙溶液的降解效果的影响。实验结果表明,微生物燃料电池驱动的光电催化反应对甲基橙的降解效果最好,当溶液p H为3、外加偏压为0.7 V、反应时间为40 min时,对甲基橙的降解率可以达到83%。实验首次利用微生物燃料电池作为外界驱动电压光电协同降解了甲基橙,证明在微生物燃料电池产生的较低电压也可以对光电极催化降解污染物的效率有提升。     

底物初始浓度对光合细菌产氢动力学特性的影响

实验研究了底物初始浓度对光合细菌产氢动力学特性的影响,并对光合细菌产氢得率和初始底物转化为氢气得率进行比较,分析底物初始浓度对光合细菌产氢代谢的影响,实验发现底物初始浓度为120 mmol/L时最适合光合细菌的产氢代谢,底物初始浓度达到140 mmol/L时,光合细菌主要进行生物量合成和产酸代谢,得到各浓度梯度下的最大生物量,但对产氢代谢产生抑制作用,表明最大生物量与最大的产氢能力之间不成正比关系及光合细菌产生CO2机制与产氢机制不同;光合细菌最大比产氢活性表现在对数生长期,最大生物量出现在稳定期。实验证明,光合细菌对数生长期受底物浓度影响大,底物浓度低,最大生物量所对应的时间相对较早,底物浓度增大,最大生物量所对应的时间相对延后。